加工中心三维体积定位误差的理论及其激光测量

摘要

世界范围的竞争和如ISO9000、QS9000质量标准要求所有机床具有更高的加工精度和规范的维护。二十年前,机床最大的定位误差为丝杆的螺距误差及丝杆的热膨胀误差,但直至今日上述的大部份误差已被大幅度降低,因此机床的主要误差转而变成垂直度误差和直线度误差。所以,为了达到高的机床三维空间定位精度,机床上所有的3个位移误差、6个直线度误差和3个垂直度误差都得测量与补偿。目前,光动公司已为机床三维体积定位误差测量发明并研制了新革命性的激光矢量测量技术(美国专利6,519,043,2／11／2003)。使用这种测量,仅需数个小时就可完成对机床误差的测量,而使用目前常规的激光干涉测量可能需要数日才能完成。因此,为了获得更高的加工精度,机床三维体积定位误差测量和补偿变得越来越紧迫和必要。rn B5.54和ISO230-6的机床性能测量标准的引入，使得应用于机床定位误差测量的激光斜线测量得到了更广泛的应用。为给予理论上的认识，已推导了机床的21项误差和4条体对角线位移误差的关系。结果表明：对于XFYZ和XYFZ类型或卧式和立式加工中心，其大多数角度误差并未在误差综合模型中体现出来，仅2项角度误差出现在误差综合模型中。因此，4条体对角线位移测量中，主要受到3个位移误差、6个直线度误差和3个垂直度误差这12项误差元素的影响，而角度误差并不敏感或影响极小。三维体积定位精度测量确实是一种很好的、高效的测量。rn 本文首先介绍三维体积定位误差测量的基本理论及其公式推导，然后介绍LDDM硬件及其调整、数据采集和分析，最后给出基于激光矢量测量技术的体积斜线测量的结果。还要讨论这种新技术对三维体积定位精度、机床业的影响。